JP2023113437A - 電動作業車 - Google Patents

Abstract

【課題】外気温度が低温になっているときであっても、バッテリーに対する充電を能率よく行えるようにすることが要望されていた。【解決手段】車体を走行駆動可能な電動モータＭと、電動モータＭに駆動用電力を供給するとともに、外部の給電装置により充電可能なバッテリー４と、給電装置側の給電用コネクタ３６が接続可能な接続部３７と、給電装置ＫＤによる充電状態を制御する制御装置３４と、バッテリー４の温度を検出する温度検出手段４０と、が備えられ、制御装置３４は、温度検出手段４０にて検出されるバッテリー４の温度が設定温度以下であれば、バッテリー４に対する充電に先立って、バッテリー４が目標温度に上昇するまでバッテリー４を温める昇温制御を実行するように構成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、車体を走行駆動可能な電動モータと、電動モータに駆動用電力を供給するバッテリーとを備えた電動作業車に関する。

この種の電動作業車では、例えば、特許文献１に記載されるように、バッテリーの電力が消費されると、接続用コネクタを介して接続された外部の給電装置から充電が行われる。そして、充電を行う際には、外部の給電装置が接続され、充電開始が指令されると、すぐに充電が行われるように構成されていた。

特開２０２１－９５７号公報

上記バッテリーとしては、例えば大容量のリチウムイオンバッテリー等が用いられる。このようなバッテリーは、温度による影響を受け易く、温度が低いほど充電時にバッテリーに流すことができる最大充電電流が小さいという特性を有している。

ところで、電動作業車が寒冷地において使用される場合においては、バッテリーに対する充電作業を開始する際に、外気温度が、例えば氷点下１０度以下というような低温になっている場合がある。このように低温の環境においては、バッテリーに流すことができる最大充電電流が常温である場合に比べて小さい電流値に抑制される。

従来では、外気温度が低温になっているときに、充電を行う場合には、外部の給電装置が接続され、充電開始が指令されると、すぐに充電作業が行われるので、充電電流が少なくなって充電に長い時間が必要となっていた。

そこで、外気温度が低温になっているときであっても、バッテリーに対する充電を能率よく行えるようにすることが要望されていた。

本発明に係る電動作業車の特徴構成は、車体を走行駆動可能な電動モータと、前記電動モータに駆動用電力を供給するとともに、外部の給電装置により充電可能なバッテリーと、前記給電装置側の給電用コネクタが接続可能な接続部と、前記給電装置による充電状態を制御する制御装置と、前記バッテリーの温度を検出する温度検出手段と、が備えられ、前記制御装置は、前記温度検出手段にて検出される前記バッテリーの温度が設定温度以下であれば、前記バッテリーに対する充電に先立って、前記バッテリーが目標温度に上昇するまで前記バッテリーを温める昇温制御を実行するように構成されている点にある。

本発明によれば、バッテリーの温度が設定温度以下であるときに、バッテリーへの充電を行う場合には、制御装置は、充電に先立って、バッテリーが目標温度に上昇するまでバッテリーを温める昇温制御を実行する。

昇温制御を実行することによってバッテリーの温度が目標温度以上まで上昇したのちに、給電装置による充電状態を制御してバッテリーに対する充電を行う。このようにバッテリーの温度が上昇することにより、バッテリーに流すことができる最大充電電流が低温状態であるときに比べて大きくなる。

従って、外気温度が低温になっているときであっても、充電を開始した直後から大きな充電電流を流すことができるので、満充電にまで充電するための所要時間が短くなり、バッテリーに対する充電を能率よく行うことができる。

本発明においては、前記制御装置が、前記昇温制御として、前記電動モータを回転駆動させると好適である。

本構成によれば、制御装置はバッテリーから駆動用電力を電動モータに供給して、電動モータを回転駆動させる。このとき電動モータを駆動するためにバッテリーから駆動用の電流が流れるので、電流が流れることにより発生するジュール熱によってバッテリーの温度を上昇させることができる。

本発明においては、前記電動モータの動力により駆動され、外部装置に動力を出力可能な動力取出し軸が備えられ、前記制御装置が、前記昇温制御として、前記電動モータの動力により前記動力取出し軸を回転駆動させると好適である。

本構成によれば、電動モータを回転させるだけでなく、電動モータの動力により動力取出し軸を回転駆動させるので、バッテリーから電動モータに供給する駆動用の電流が電動モータだけを駆動するときよりも大きく、発生する熱量が大になり、バッテリーの温度上昇を早めることができる。

本発明においては、前記電動モータの動力を変速して車体走行装置に伝達する静油圧式無段変速装置が備えられ、前記制御装置が、前記昇温制御として、前記電動モータの動力により前記静油圧式無段変速装置を作動させると好適である。

本構成によれば、電動モータを回転させるだけでなく、電動モータの動力により静油圧式無段変速装置を作動させるので、バッテリーから電動モータに供給する駆動用の電流が電動モータだけを駆動するときよりも大きくなり、発生する熱量が大になり、バッテリーの温度上昇を早めることができる。

本発明においては、前記バッテリーからの直流電力を交流電力に変換して前記電動モータに供給するインバータと、前記電動モータ及び前記インバータに設けられた冷却用経路を通して通流する冷媒を冷却するラジエータと、前記ラジエータに送風する送風ファンと、が備えられ、前記制御装置が、前記昇温制御として、前記送風ファンを作動させて、前記ラジエータを通過した冷却風を前記バッテリーに向けて通風させると好適である。

電動作業車が作業を実行するときは、バッテリーからの直流電力をインバータにより交流電力に変換して電動モータに供給して、電動モータが駆動される。このとき、電動モータやインバータにおいては電流が流れることにより熱が発生する。そこで、電動モータ及びインバータに設けられた冷却用経路を通して冷媒が通流するラジエータに送風ファンによる送風を行い、電動モータやインバータの温度を低減させる。

外気温度が低いときにおいて、上記したような作業が行われたのち時間間隔をあけてバッテリーに充電を行う場合、外気温度の影響によりバッテリーの温度が低下することがある。

そこで、本構成によれば、ラジエータ内において加熱されたまま残っている冷媒の熱を利用してバッテリーを加熱して温度上昇させるようにした。

従って、作業時にインバータや電動モータにて発生する熱を有効に利用してバッテリーを温度上昇させることができる。

トラクタの左側面図である。 インバータ等の配置を示す左側面図である。 動力伝達の流れを示す図である。 充電用の構成を示すブロック図である。 制御動作のフローチャートである。 冷却機構を示す図である。

本発明を実施するための形態について、図面に基づき説明する。尚、以下の説明においては、特に断りがない限り、図中の矢印Ｆの方向を「前」、矢印Ｂの方向を「後」として、矢印Ｌの方向を「左」、矢印Ｒの方向を「右」とする。図中の矢印Ｕの方向を「上」、矢印Ｄの方向を「下」とする。

〔トラクタの全体構成〕
以下では、本発明に係る電動作業車の一例としてのトラクタについて説明する。図１に示すように、トラクタは、車体走行装置としての左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１、カバー部材１２を備えている。

トラクタは、機体フレーム２及び運転部３を備えている。機体フレーム２は、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１に支持されている。

カバー部材１２は、機体前部に配置されている。そして、運転部３は、カバー部材１２の後方に設けられている。言い換えれば、カバー部材１２は、運転部３の前方に配置されている。

運転部３は、保護フレーム３０、運転座席３１、ステアリングホイール３２を有している。オペレータは、運転座席３１に着座可能である。これにより、オペレータは、運転部３に搭乗可能である。ステアリングホイール３２の操作によって、左右の前車輪１０は操向操作される。オペレータは、運転部３において、各種の運転操作を行うことができる。

トラクタは、走行用バッテリー４を備えている。カバー部材１２は、機体左右方向に沿う開閉軸芯Ｑ周りに揺動可能に構成されている。これにより、カバー部材１２は、開閉可能に構成されている。カバー部材１２が閉状態であるとき、走行用バッテリー４は、カバー部材１２に覆われている。

図２に示すように、トラクタは、インバータ１４及び電動モータＭを備えている。走行用バッテリー４は、インバータ１４へ電力を供給する。インバータ１４は、走行用バッテリー４からの直流電力を交流電力に変換して電動モータＭへ供給する。そして、電動モータＭは、インバータ１４から供給される交流電力により駆動する。

図２及び図３に示すように、トラクタは、静油圧式無段変速装置１５及びトランスミッション１６を備えている。図３に示すように、静油圧式無段変速装置１５は、油圧ポンプ１５ａ及び油圧モータ１５ｂを有している。

油圧ポンプ１５ａは、電動モータＭからの回転動力により駆動する。油圧ポンプ１５ａが駆動することにより、油圧モータ１５ｂから回転動力が出力される。尚、静油圧式無段変速装置１５は、油圧ポンプ１５ａと油圧モータ１５ｂとの間で回転動力が変速されるように構成されている。静油圧式無段変速装置１５は、変速比を無段階に変更可能に構成されている。

油圧モータ１５ｂから出力された回転動力は、トランスミッション１６に伝達される。トランスミッション１６に伝達された回転動力は、トランスミッション１６の有するギヤ式変速機構によって変速され、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１へ分配される。これにより、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１が駆動する。

図２及び図３に示すように、トラクタは、動力取り出し軸としてのミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８を備えている。電動モータＭから出力された回転動力は、油圧ポンプ１５ａ、ミッドＰＴＯ軸１７、リヤＰＴＯ軸１８へ分配される。これにより、ミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８が回転する。

ミッドＰＴＯ軸１７又はリヤＰＴＯ軸１８に外部装置としての作業装置が接続されていれば、ミッドＰＴＯ軸１７又はリヤＰＴＯ軸１８の回転動力により、作業装置が駆動することとなる。例えば、図２に示すように、本実施形態では、ミッドＰＴＯ軸１７に草刈装置１９が接続されている。ミッドＰＴＯ軸１７の回転動力により、草刈装置１９が駆動する。

〔モータの制御に係る構成〕
図４に示すように、電動モータＭの制御に係る構成は、アクセル装置３３と、電動モータＭの作動を制御する制御装置３４と、インバータ１４と、を備えている。アクセル装置３３は、ステアリングホイール３２の近傍に備えられている。アクセル装置３３は、図示はしないが、揺動操作可能なレバーと、レバーの揺動操作によって操作されるポテンショメータとを備えている。アクセル装置３３は制御装置３４と接続されている。制御装置３４は、信号用ハーネス３５を介してインバータ１４と接続されている。制御装置３４は、アクセル装置３３の指令に応じて、インバータ１４に指令するように構成されている。インバータ１４は、制御装置３４の指令に応じて、走行用バッテリー４から電動モータＭに供給される電力を調整して電動モータＭの出力を制御するように構成されている。

〔充電に係る構成〕
図４に示すように、走行用バッテリー４は外部の給電装置ＫＤにより充電可能である。トラクタには、給電装置ＫＤの給電用コネクタ３６が接続可能な充電用接続部３７が備えられている。充電用接続部３７は、カバー部材１２の内部に備えられ、カバー部材１２を揺動開放すると、外方に露出する。制御装置３４は、電動モータＭの作動を制御するとともに、給電装置ＫＤによる充電状態を制御する。

充電用接続部３７は、一般的に使用される標準的な規格に準拠したものである。給電用コネクタ３６が充電用接続部３７に接続された状態で、電力供給線３９を介して走行用バッテリー４に対する充電が行われる。走行用バッテリー４は、電力供給線３９を介して高電圧（例えば、数十ボルト～数百ボルト）の電力をインバータ１４、走行用電動モータＭに供給する。

走行用バッテリー４は、例えば、リチウムイオンバッテリーを用いて構成され、図示はしないが、低電圧の小型の単位電池（セル）を多数積層した状態で構成され、外側が収納ケースによって密閉状態で覆われて収納されている。従って、バッテリー内部に熱が籠り易く、内部温度が上昇すると温度が低下し難い。そこで、走行用バッテリー４には内部温度を検出する温度検出手段としての温度センサ４０が備えられている。温度センサ４０の検出情報は制御装置３４に入力されている。

トラクタには、走行用バッテリー４の他に、制御装置３４及びその他の電装品に電力を供給する電装品用バッテリー４１が備えられている。電装品用バッテリー４１は、電装品を駆動するために低電圧（１２ボルト）の電力を供給する。電装品用バッテリー４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を介して走行用バッテリー４から供給される電力にて充電される。

運転部３に、制御装置３４を動作可能状態と非作動状態とに切り換え可能な始動指令手段としての切換操作部４４が備えられている。切換操作部４４は、持ち運び可能な操作キー４５が差し込み装着可能な被装着部としての差し込み部４６と、手動にて押し操作可能な押しボタン式のスイッチ４７とを備えている。操作キー４５が差し込み部４６に差し込み装着された状態で、スイッチ４７が押し操作されることにより、制御装置３４を非作動状態から動作可能状態に切り換えることができる。操作キー４５は、一般的な車両用のキーと同様に、当該作業車でのみ識別可能な鍵として機能するものである。

操作パネル４３には、例えば、車体の走行状態、作業状態、バッテリーの情報（充電量や温度）等を表示するメータパネル４８が備えられている。メータパネル４８は、制御装置３４に接続され、制御装置３４にて作動が制御されている。

制御装置３４、インバータ１４、走行用バッテリー４（温度センサ４０も含む）、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、メータパネル４８、及び、充電用接続部３７等は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式の信号用ハーネス３５を介してデータを通信可能に接続されている。制御装置３４は、充電通信用ハーネス４９を介して充電用接続部３７との間で通信が行われ、給電用コネクタ３６が充電用接続部３７に接続されているか否かについての情報、及び、作業車側で必要とされる充電電流の情報等が伝達される。充電用接続部３７と給電装置ＫＤとの間でも信号が通信可能に構成されている。又、制御装置３４に切換操作部４４の操作情報が入力される。

〔充電のための制御〕
制御装置３４は、給電用コネクタ３６が充電用接続部３７に接続されている状態で、動作可能状態に切り換えられると、充電モードに切り換わる。そして、充電モードにおいて、給電装置ＫＤにより走行用バッテリー４への充電を行うように構成されている。

そして、制御装置３４は、温度センサ４０にて検出される走行用バッテリー４の温度が設定温度Ｔｓ以下であれば、走行用バッテリー４に対する充電に先立って、走行用バッテリー４が目標温度Ｔｍに上昇するまで走行用バッテリー４を温める昇温制御を実行するように構成されている。

以下、図５のフローチャートを参照しながら制御装置３４の具体的な充電制御について説明する。

走行用バッテリー４に対して充電を行う場合には、作業者が給電装置ＫＤの給電用コネクタ３６を充電用接続部３７に接続する。次に、運転部３に備えられた切換操作部４４において、操作キー４５を差し込み部４６に差し込み装着し、且つ、スイッチ４７を押し操作する。制御装置３４が、そのことを判別すると、充電モードに切り換わる（ステップ♯０１、♯０２、♯０３）。

充電モードになると、温度センサ４０にて検出される走行用バッテリー４の内部温度Ｔｘが設定温度Ｔｓ以下であるか否かを判別する（ステップ♯０４）。このとき、走行用バッテリー４の内部温度Ｔｘが設定温度Ｔｓより高温であれば、すぐに、充電作動を開始し（ステップ♯０８）、走行用バッテリー４の温度Ｔｘが設定温度Ｔｓ以下であれば、走行用バッテリー４に対する充電に先立って、電動モータＭを回転駆動させることにより走行用バッテリー４を温める（ステップ♯０５）。

すなわち、電動モータＭに駆動用電流を供給することにより、走行用バッテリー４の内部抵抗を電流が流れることによりジュール熱が発生して、走行用バッテリー４の温度が上昇する。設定温度Ｔｓとしては、これ以上下がると、供給可能な電流値が非常に小さい値になるような温度、例えば、氷点下の低い温度に設定される。ステップ♯０５の処理が昇温制御に対応する。

上述したように、電動モータＭの動力は、静油圧式無段変速装置１５、ミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８に伝達される構成となっており、ステップ♯０５において電動モータＭを回転駆動させると、電動モータＭの動力により静油圧式無段変速装置１５を回転駆動させるとともに、電動モータＭの動力によりミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８を回転駆動させることになる。

電動モータＭに駆動用電流を供給して走行用バッテリー４を温める動作は、走行用バッテリー４の温度が目標温度Ｔｍ以上に上昇するまで継続する（ステップ♯０６）。走行用バッテリー４の温度が目標温度Ｔｍ以上にまで上昇すると、電動モータＭの作動を停止し（ステップ♯０７）、給電装置ＫＤから走行用バッテリー４に対する充電を開始する（ステップ♯０８）。

目標温度Ｔｍとしては、供給可能な電流値が充電を効率よく行うことが可能な温度であればよい。すなわち、設定温度Ｔｓと同じ温度に設定してもよいが、設定温度Ｔｓより低い温度でもよく、設定温度Ｔｓより高い温度でもよい。

充電作動を開始したのちは、走行用バッテリー４が満充電状態にまで充電されると、充電作動を停止する（ステップ♯０９、♯１０）。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、昇温制御において、電動モータＭの動力により静油圧式無段変速装置１５を回転駆動させ、且つ、ミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８に動力を伝達する構成としたが、この構成に代えて、電動モータＭの動力により静油圧式無段変速装置１５を回転駆動させ、且つ、ミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８に動力を伝達しない構成としてもよい。又、ミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８を回転駆動させ、且つ、静油圧式無段変速装置１５に動力を伝達しない構成としてもよい。さらに、電動モータＭを回転駆動させる構成とし、静油圧式無段変速装置１５、ミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８の夫々に動力を伝達しない構成としてもよい。

（２）上記実施形態では、昇温制御として、電動モータＭを回転駆動させる構成としたが、この構成に代えて、あるいは、その構成に加えて、次のような構成としてもよい。

すなわち、電動モータＭ及びインバータ１４に設けられた冷却用経路を通して通流する冷媒を冷却するラジエータ５０と、ラジエータ５０に送風する送風ファン５１と、が備えられ、制御装置３４が、昇温制御として、送風ファン５１を作動させて、ラジエータ５０を通過した冷却風を走行用バッテリー４に向けて通風させる構成としてもよい。

この作業車には、電動モータＭ、インバータ１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２等を冷却する冷却機構が備えられている。冷却機構は、図６に示すように、ラジエータ５０と、電動ポンプ５２と、冷媒循環路５３とを備える。電動モータＭ、インバータ１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２においては、ケーシング内に冷却用経路が形成され、それらが管路にて接続されて、冷媒循環路５３が構成されている。電動ポンプ５２にて冷媒を循環させて、熱を吸収した冷媒がラジエータ５０にて送風ファン５１による冷却作用を受けて冷却される。送風ファン５１による風はオイルクーラ５４にも作用する。オイルクーラ５４は静油圧式無段変速装置１５等の作動油を冷却する。

そして、ラジエータ５０及びオイルクーラ５４は、走行用バッテリー４の前方に備えられ、送風ファン５１による風は、ラジエータ５０及びオイルクーラ５４を通過したのち、走行用バッテリー４に向けて流動するように構成されている。

外気温度が低温である場合、作業が行われたのちに走行用バッテリー４の温度が低下しないように、送風ファン５１を作動させることで、ラジエータ５０を通過した冷却風（冷媒によって加熱された温風）を走行用バッテリー４に向けて通風させ、冷媒の熱を利用して走行用バッテリー４を昇温させることができる。

（３）上記実施形態では、昇温制御として、電動モータＭを回転駆動させる構成としたが、この構成に代えて、あるいは、その構成に加えて、走行用バッテリー４の近くに、走行用バッテリー４を温めることが可能な専用の加熱手段（ヒータ等）を備えて、昇温制御として、加熱手段を作動させる構成としてもよい。

（４）上記実施形態では、制御装置３４は、給電用コネクタ３６が充電用接続部３７に接続されている状態で、動作可能状態に切り換えられると、充電モードに切り換わる構成としたが、この構成に代えて、制御装置３４が予め動作可能状態に切り換えられたのちに、給電用コネクタ３６が充電用接続部３７に接続されると、充電モードに切り換わる構成としてもよい。

（５）上記実施形態では、走行用バッテリー４が、外側が収納ケースにより密閉状態で覆われる構成としたが、このような構成に代えて、外側が開放された型式のバッテリーを用いてもよい。

本発明は、トラクタに限らず、田植機、コンバイン、建設機械等、種々の電動作業車に適用できる。

４ バッテリー
１０ 前車輪（車体走行装置）
１１ 後車輪（車体走行装置）
１４ インバータ
１７ ミッドＰＴＯ軸（動力取り出し軸）
１８ リアＰＴＯ軸（動力取り出し軸）
３４ 制御装置
３７ 接続部
５０ ラジエータ
５１ 送風ファン
Ｍ 電動モータ

Claims (5)

1. 車体を走行駆動可能な電動モータと、
   前記電動モータに駆動用電力を供給するとともに、外部の給電装置により充電可能なバッテリーと、
   前記給電装置側の給電用コネクタが接続可能な接続部と、
   前記給電装置による充電状態を制御する制御装置と、
   前記バッテリーの温度を検出する温度検出手段と、が備えられ、
   前記制御装置は、前記温度検出手段にて検出される前記バッテリーの温度が設定温度以下であれば、前記バッテリーに対する充電に先立って、前記バッテリーが目標温度に上昇するまで前記バッテリーを温める昇温制御を実行するように構成されている電動作業車。
2. 前記制御装置が、前記昇温制御として、前記電動モータを回転駆動させる請求項１に記載の電動作業車。
3. 前記電動モータの動力により駆動され、外部装置に動力を出力可能な動力取出し軸が備えられ、
   前記制御装置が、前記昇温制御として、前記電動モータの動力により前記動力取出し軸を回転駆動させる請求項２に記載の電動作業車。
4. 前記電動モータの動力を変速して車体走行装置に伝達する静油圧式無段変速装置が備えられ、
   前記制御装置が、前記昇温制御として、前記電動モータの動力により前記静油圧式無段変速装置を作動させる請求項２又は３に記載の電動作業車。
5. 前記バッテリーからの直流電力を交流電力に変換して前記電動モータに供給するインバータと、
   前記電動モータ及び前記インバータに設けられた冷却用経路を通して通流する冷媒を冷却するラジエータと、
   前記ラジエータに送風する送風ファンと、が備えられ、
   前記制御装置が、前記昇温制御として、前記送風ファンを作動させて、前記ラジエータを通過した冷却風を前記バッテリーに向けて通風させる請求項１から４のいずれか１項に記載の電動作業車。

Images